建筑结构试验教程课件

第四章第四章 结构试验测试技术结构试验测试技术 输入数据-系统-输出数据 作用试件反应数据采集（力、位移、温度等）（位移、速度、应力、应变、裂缝等）数据采集：用各种方法，对试验输出的数据进行测量和记录。数据采集是结构试验的重要步骤，是结构试验成功的必要条件之一。只有采集到可靠的数据，才能通过数据处理得到正确的试验结果，达到试验预期目的。为采集到准确、可靠的数据，应该采用正确的采集方法，选用可靠的仪器设备。在实际试验时，数据采集方法应该根据试验目的和要求以及仪器的实际条件来确定，应该 按照用最经济的代价来获取最多最有用数据的原则来确定。第四章 结构试验测试技术1一、仪器设备的分类一、仪器设备的分类1、按功能和使用情况分：传感器、放大器、显示器、记录器、分析仪器、数据采集仪或系统各类仪器功能：传感器感受各种物理量（力、位移、应变等），并把它们 转换成电量（电信号）或其它容易处理的信号；放大器把从传感器得到的信号放大，使信号可以被显示和 记录；显示器把信号用可见的形式显示出来；记录器把采集得到的数据记录下来，作为长期保存；分析仪器对采集得到的数据进行分析处理；数据采集仪用于自动扫描和采集，是数据采集系统的执行 机构；数据采集系统集成式仪器，包括传感器、数据记录仪和计 算机或其他记录器、显示器等，可用来进行 自动扫描、采集，还能进行数据处理等。一、仪器设备的分类22、按仪器仪表的工作原理分：机械式仪器、电测仪器、光学测量仪器、复合式仪器、伺服式仪器（带有控制功能的仪器）3、按仪器仪表的用途分：测力传感器、位移传感器、应变计、倾角传感器、频率计、测振传感器。4、按仪器仪表与结构的关系分：附着式与手持式、接触式与非接触式、绝对式与相对式 5、按仪器仪表显示与记录方式分：直读式与自动记录式、模拟式与数字式。二、试验仪器仪表的主要技术性能指标二、试验仪器仪表的主要技术性能指标1、刻度值：指示或显示装置所能指示的最小测量值2、量程：仪器仪表可以测量的最大范围。2、按仪器仪表的工作原理分：33、灵敏度：仪器仪表对被测物理量变化的反应能力和反应 速度。4、分辨率：仪器仪表测量被测物理量最小变化值的能力。5、线性度：仪器仪表使用时的校准曲线与理论拟合线的接 近程度。6、稳定性：指测量值不变，仪器在规定时间内保持示值与 特性参数也不变的能力。7、重复性：在同一工作条件下，用同一台仪器对同一观测 对象进行多次重复测量，其测量结果保持一致 的能力。8、频率响应：动测仪器仪表输出信号的幅值和相位随输入 信号的频率而变化的特性，常用幅频和相频 特性曲线来表示。3、灵敏度：仪器仪表对被测物理量变化的反应能力和反应4 第二节第二节 电阻应变片电阻应变片 在结构试验中，电阻应变片的用途：（1）测量试件应变；（2）作为转换元件，组成电阻应变式传感器，测量各种物 理量的变化。一、电阻应变片的工作原理一、电阻应变片的工作原理 电阻应变片的工作原理是利用金属导体的“应变电阻效应“，即金属丝的电阻值随其机械变形而变化的物理特性。R=*L/A 当金属丝受力而变形时，其长度、截面面积和电阻率都将发生变化。dR/R=K*式中K为金属丝的灵敏系数，表示单位应变引起的相对电阻变化。第二节 电阻应变片5二、电阻应变片的构造二、电阻应变片的构造 电阻应变片的构造如图，在拷贝纸或薄胶膜等基底与覆盖层之间粘贴合金敏感栅，敏感栅的两端焊上引出线。l为栅长（标距），b为栅宽，l、b是应变片的重要技术尺寸。电阻应变片的主要技术指标如下：（1）电阻值（）由于应变仪的电阻值一般按120设计，所以应变片的电阻值一般也是120。但也有例外，选用时，应考虑与应变仪配合。（2）标距l 用应变片测得的应变值是整个标距范围内的平均应变，测量时应根据试件测点的应变梯度的大小来选择应变片的标距。（3）灵敏系数K K表示单位应变引起应变片的电阻变化。应使应变片的灵敏系数与应变仪的灵敏系数设置相协调。二、电阻应变片的构造6三、电阻应变片的种类和粘贴方法三、电阻应变片的种类和粘贴方法 电阻应变片的种类很多，按敏感栅的种类分，有箔式、丝绕式、半导体等；按基底材料分，有纸基、胶基等；按使用极限温度划分，有低温、常温、高温等。箔式应变片箔式应变片是在薄的胶膜基底上镀合金薄膜，然后通过光刻技术制成，具有绝缘度高，耐疲劳性能好，横向效应小等特点，但价格较高。丝绕式应变片丝绕式应变片多为纸基，虽有防潮性能，但有耐疲劳性能差，横向效应大等缺点，但价格较低，且易粘贴，可用于一般的静力试验。三、电阻应变片的种类和粘贴方法7 应变片的粘贴方法：应变片的粘贴方法：1、应变片的检查分选：外观检查、阻值检查。2、测点处理：测点检查、打磨、清洗、打底、划线定位。3、片的粘贴：上胶、挤压、加压。4、固化处理：自然干燥或人工固化。5、粘贴质量检查：外观检查、阻值检查、绝缘度检查6、导线连接：引出线绝缘、固定点设置、导线焊接。7、防潮防护 第三节第三节 应变测量应变测量 结构试验中，经常测量试件的应变，常用的应变测量传感器有电阻应变仪、手持应变仪、百分表引申计电阻应变仪、手持应变仪、百分表引申计等，还可以用光测法（云纹法、激光衍射法、光弹法）。应变片的粘贴方法：8一、电阻应变仪测量应变一、电阻应变仪测量应变 电阻应变片可以把试件的应变量转换成电阻变化，但在一般情况下试件的应变量较小，由此引起的电阻变化也非常微弱，难以进行直接测量。采用惠斯登电桥，能够把电阻变化信号转换为电压或电流的变化信号，并使信号得以放大，桥路还可以解决测量值的温度补偿问题。电阻应变仪就是根据桥路原理构成的测试系统。二、位移方法测量应变二、位移方法测量应变 常用测量应变的位移方法有：手持应变仪手持应变仪、百分表引申计。百分表引申计。应变的定义是单位长度上的变形。在结构试验中，可以用两点之间的相对位移来近似地表示两点之间的平均应变。一、电阻应变仪测量应变9 第四节第四节 常用的传感设备常用的传感设备一、传感设备的组成一、传感设备的组成 传感设备的作用是感受所需要测量的物理量（或信号），按一定规律把它们转换成可以直接测读的形式直接显示，或者转换成电量的形式传输给相应的测量仪器。1、机械式传感器、机械式传感器 利用机械原理进行工作，主要由以下四部分组成：感受机构、转换机构、显示机构和附属机构。2、电测传感器、电测传感器 电测传感器利用某种特殊材料的电学性能或某种装置的电学原理，把所需测量的非电量变化转化成电量的变化，如力、应变、速度、加速度等转换成与之对应的电流、电阻、电压或电感、电容等。电测传感器主要由以下四部分组成：感受部分、转换部分、传输部分和附属装置。第四节10二、测力传感器二、测力传感器 在结构试验中，测力传感器是用来测量结构的作用力、支座反力的仪器。类型：机械式、电测式基本原理：用一弹性元件去感受拉力或压力，这个弹性元件 即发生与拉力或压力成相对关系的变形，用机械 装置把这些变形按规律进行放大和显示即为机械 式传感器，用电阻应变片把这些变形转变成电阻 变化后再进行测量的即为应变式传感器。此外，还有利用压电效应制成的压电式传感器。读数方式：（1）机械式传感器为直读仪器，可以直接从传感器上读到 力值；（2）应变式传感器应与应变仪或数据采集仪连接，从应变 仪上读到应变值再换算成力值，也可由数据采集仪或 通过数据采集仪接入计算机，自动换算成力值输出；（3）压电式传感器应与电荷放大器连接，然后输给记录仪。二、测力传感器11三、线位移传感器三、线位移传感器 位移传感器可用来测量结构的位移和支座位移，它测到的位移是某一点相对于另一点的位移，即测点相对于位移传感器支架固定点的位移。通常把传感器支架固定在试验台或地面的不动点上，这时所测到的位移表示测点相对于试验台座或地面的位移。类型：机械式百分表机械式百分表、电子式百分表、滑阻式传感器、差动 电感式传感器工作原理：用一可滑动的测杆去感受线位移，然后把这个位 移量用各种方法转换成表盘读数或电变量。例如：机械式百分表是用一组齿轮把测杆的滑动位移转换成指针的转动。四、倾角传感器四、倾角传感器 倾角传感器附着在结构上，随结构一起发生位移。常用的倾角传感器有长水准管式倾角仪、电阻应变式倾角传感器等。三、线位移传感器12五、裂缝观测器五、裂缝观测器 结构试验中，结构或构件裂缝的发生和发展、裂缝的位置和分布、长度和宽度，是反映结构性能的重要指标。特别是混凝土结构、砌体结构等脆性材料组成的结构，裂缝测量是一项必要的测量项目。裂缝测量主要有三项内容：（1）开裂，即裂缝发生的时刻和位置；（2）度量，即裂缝的宽度和长度；（3）走向，即裂缝发展的过程和趋势。1、发现裂缝 最常用的发现裂缝的简便方法是借助放大镜放大镜用肉眼观察，为便于观察可先在试件表面刷一层白色石灰或涂料。2、测量裂缝宽度 测量裂缝宽度通常用读数显微镜读数显微镜，它是由光学透镜与游标刻度等组成，将透镜的“+”字标点从裂缝的一边移到另一边，游标的末读数与初读数之差则为裂缝宽度。五、裂缝观测器13 裂缝宽度还可以用印有不同宽度线条的裂缝标尺与裂缝对比来确定，相当于用一组具有不同厚度的标准塞尺进行插试，正好插入裂缝的塞尺厚度即为该裂缝的宽度。裂缝标尺和塞尺的测量结果较粗略，但能满足一定的使用要求。3、裂缝的走向 通过绘制裂缝图反映裂缝的发展和走向，记录裂缝的发展趋势。14 第五节第五节 试验记录方法试验记录方法一、概况一、概况 数据采集时，为了把数据保存、记录下来，必须使用记录器。记录器把这些数据按一定的方式记录在某种介质上，需要时可以把这些数据读出或输送给其他分析处理仪器。数据的记录方式有两种，即模拟式和数字式。（1）模拟式记录 从传感器送到记录器的数据一般都是模拟量，模拟式记录就是把这个模拟量直接记录在介质上。模拟式记录的数据一般都是连续的。（2）数字式记录 数字记录是把模拟量转换成数字量后再记录在介质上，数字式记录的数据一般都是间断的。记录介质：普通记录纸、光敏纸、磁带和数字光盘等。第五节 试验记录方法15常用的记录器有：X-Y记录仪、光线示波器、磁带记录仪、磁盘驱动器、光盘刻录器等。二、二、X-Y记录仪记录仪 X-Y记录仪是一种常用的模拟式记录器，它用记录笔把试验数据以X-Y平面坐标系中的曲线形式记录在纸上，得到的是试验变量的关系曲线，或试验变量与时间的关系曲线。三、光线示波器三、光线示波器 光线示波器也是一种常用的模拟式记录器，主要用于振动测量的数据记录，它将电信号转换为光信号并记录在感光纸或胶片上，得到的是试验变量与时间的关系曲线。四、磁带记录仪四、磁带记录仪 磁带记录仪是一种较理想的记录器，可以用于振动测量和静力测量的数据记录，它将电信号转换成磁信号并记录在磁带上，得到的是试验变量与时间的变化关系。常用的记录器有：X-Y记录仪、光线示波器、磁带记录仪、16五、数据采集系统五、数据采集系统1、数据采集系统的组成 硬件由三个部分组成：传感器、数据采集仪、计算机。（1）传感器部分 包括各种电测传感器，其作用是感受各种物理变量。传感器输出的电信号可以直接或间接（通过放大器后）输入数据采集仪。（2）数据采集仪部分 数据采集仪部分的作用是采集数据，并将数据传送给计算机。（3）计算机部分 包括主机、显示器、存储器、打印机、绘图仪和键盘等。计算机的主要作用：作为整个数据采集系统的控制器，控制 整个数据采集过程。五、数据采集系统17 数据采集系统可以对大量数据进行快速采集、处理、分析、判断、报警、直读、绘图、储存、试验控制和人机对话等，还可以进行自动化数据采集和试验控制，它们的采样速度可高达每秒几万个数据或更多。数据采集系统可以对大量数据进行快速采集、处理、18建筑结构试验教程课件19 第六节第六节 建筑结构现场测试技术建筑结构现场测试技术生产性结构试验特点：生产性结构试验特点：1、大多数属于结构检验性质试验；2、具有直接的生产目的，经常用来验证和鉴定结构的设计 和施工质量；3、判断和确定已建结构现有的实际承载能力；4、为工程质量事故和受灾结构的处理提供技术依据；5、为预制构件产品作质量鉴定。已建结构的可靠性鉴定：已建结构的可靠性鉴定：指对已建结构的作用、结构抗力及 相互关系进行测定、检测、试验、判断和分析研究并取得结论的全部 过程。第六节 建筑结构现场测20对已建结构可靠性鉴定的意义：对已建结构可靠性鉴定的意义：目前世界各国对于建筑物使用寿命，特别是建筑物的剩余寿命极为关注。这主要是因为现存的已建结构逐渐增多，有的已到了老龄期，临近退役，需要更换，有的则已进入了危险期。由于以上原因，近十几年来，建筑物使用寿命可靠性的评价和剩余寿命的预测技术有了很大的发展。这对于保证建筑物的安全使用，延长使用寿命和防止建筑物重大破坏或倒塌事故的发生，以及减少经济上和社会影响上的损失，产生了重大的效果。对已建结构可靠性鉴定的方法：对已建结构可靠性鉴定的方法：非破损检测方法和半破损检测方法，其中主要是材料强度检测和内部缺陷损伤探测两个方面。对已建结构可靠性鉴定的意义：目前世界各国对于21*混凝土结构的现场检测：混凝土结构的现场检测：非破损检测混凝土强度方法：非破损检测混凝土强度方法：测量混凝土的某些物理特性，如混凝土表面的回弹值、声速在混凝土内部的传播速度等，并按相关关系推出混凝土的强度来作为检测结果。目前回弹法回弹法、超声法超声法和回弹回弹超声综合法超声综合法在实际工程中应用的较多，其中回弹法和综合法已制定出相应的技术规程。半破损检测混凝土强度方法：半破损检测混凝土强度方法：在不影响结构构件承载能力的前提下，在结构构件上直接进行局部的微破损试验，或直接取样试验，以所得的数据推算出混凝土强度作为检测结果。目前使用较多的是钻芯法钻芯法和拔出法拔出法，其中钻芯法已颁布了技术规程。*混凝土结构的现场检测：22非破损检测混凝土内部缺陷的方法：非破损检测混凝土内部缺陷的方法：用以测定结构在施工过程中因浇捣、成型、养护等造成的蜂窝、孔洞、温度裂缝或干缩裂缝、保护层厚度不当等缺陷，以及结构在使用过程中因火灾、腐蚀、受冻等非受力因素造成的混凝土损伤。目前应用最为广泛的是超声脉冲法超声脉冲法探测结构混凝土的内部缺陷，并已制订出超声法检测混凝土缺陷的技术规程。非破损试验技术还被应用于混凝土结构中检测钢筋位置和钢筋锈蚀。*钢结构的现场检测：钢结构的现场检测：超声波检测技术被广泛应用于检测钢材及焊缝的质量。*砌体结构的现场检测：砌体结构的现场检测：多采用砌体原位半破损方法测定砌体强度。非破损检测混凝土内部缺陷的方法：23一、混凝土结构现场检测试验一、混凝土结构现场检测试验1、回弹法检测混凝土强度、回弹法检测混凝土强度 通过测量混凝土表面硬度来推算其抗压强度，是混凝土结构现场检测中常用的一种非破损试验方法。回弹法：回弹法：用回弹仪弹击混凝土表面时，由仪器重锤回弹能量 的变化，反映混凝土的弹性和塑性性质，评定混凝 土的抗压强度，是各种表面硬度法较好的一种方法。回弹法具有仪器构造简单，使用方便、测试速度快和试验费用低等优点，在一定条件下能满足结构混凝土强度的测试要求，误差在15%以内。在历届国际非破损检测会议上，均得到肯定和推荐。（1）回弹法的基本原理）回弹法的基本原理 回弹法是使用回弹仪的弹击拉簧驱动仪器内的弹击重锤，通过中心导杆，弹击混凝土的表面，并测得重锤反弹距离与弹簧初始长度之比为回弹值R，由它与混凝土强度的相关关系来推定混凝土强度。一、混凝土结构现场检测试验24 回弹仪的构造原理如图3-1所示。它是一种直射锤击式仪器。工作原理如图3-2所示，一个标准质量的重锤，在标准弹簧弹力带动下，冲击一个与混凝土表面接触的弹击杆，由于回弹力的作用重锤又回跳一定距离，并带动滑动指针在刻度上指出回弹值N。N是重锤回弹距离与起跳点原始位置距离的比值，可用下式表示：R=(L/L)*100%混凝土的强度越高，表面硬度越大，R值也越大。通过事先建立的混凝土强度与回弹值关系曲线fcu-R，即可从R值求得fcu值。（2）回弹值与强度值的关系）回弹值与强度值的关系 回弹法测定混凝土强度采用试验回归法，建立混凝土强度与回弹值之间的回归公式。回弹仪的构造原理如图3-1所示。它是一种直射锤击式25使用方法：使用方法：使用时，先让弹击杆伸出套筒，然后垂直于测点表面，再把它徐徐压缩回套管内，当后盖螺栓触动挂钩后，重锤即发射冲击弹击杆，接着被回弹并带动指针指出回弹值。我国建设部已制订回弹法检测混凝土抗压强度技术规程JGJ/T23-92规定。近年来国外新型回弹仪不断出现，尤以日本和瑞士发展较快，除了在基本构造上仍以锤击回弹为主外，主要是回弹值的自动记录、数字显示，并能按程序进行数据修正和处理。（3）测试方法）测试方法 回弹法测试混凝土抗压强度步骤如下：第一步：测回弹值第一步：测回弹值 用回弹法测定混凝土强度对于每个试件的测区数目不使用方法：26少于10个，每一测区应为不小于20cm*20cm的面积，以能容纳16个回弹测点为宜。两个相邻测区的间距不宜大于2m，而测区宜选在混凝土浇筑的侧面。测区内的16个测点宜均匀分布，同一测点只允许弹击一次，测点不应在气孔或外露石子上，相邻两测点的净距一般不小于2cm。测点距离结构或构件边缘或外露钢筋、预埋件的距离一般不小于3cm。第二步：测碳化深度第二步：测碳化深度 在回弹的每个测区选择一处用钻孔法洒入浓度为1%酚酞酒精溶液检测，不呈现紫红色反应的厚度即为混凝土的碳化深度。第三步：记录回弹角度和回弹表面状态第三步：记录回弹角度和回弹表面状态（4）数据处理）数据处理第一步：求回弹平均值第一步：求回弹平均值 当回弹仪按水平方向测得试件混凝土浇筑侧面的16个回弹值后，分别剔除3个最大值和3个最小值，按余下的10个回弹值取平均值。少于10个，每一测区应为不小于20cm*20cm的面积，以能27第二步：回弹角度影响修正第二步：回弹角度影响修正 将回弹平均值按不同测试角度和不同浇筑面作分别修正。第三步：碳化深度修正第三步：碳化深度修正 当dm0.4mm时，按dm=0进行处理。否则，按规定计算。第四步：结果评定第四步：结果评定 由实测的Rm和dm值，按规程测区混凝土强度值的换算表求得混凝土强度值fcu，并由此评定检测结构构件的混凝土强度。2、超声脉冲法检测混凝土强度、超声脉冲法检测混凝土强度 结构混凝土的抗压强度与超声波在混凝土中的传播参数（声速、衰减等）之间的相关关系是超声脉冲检测混凝土强度方法的基础。基本原理：超声波在介质中传播时，遇到不同界面，将产生 反射、折射、绕射、衰减等现象，从而使传播的 第二步：回弹角度影响修正28声时、波形、频率等发生相应变化，测定这些规律的变化，便可得到材料的某些性质与内部构造情况。在普通混凝土检测中，通常采用20KHz500KHz的超声频率。超声波脉冲实质上是超声检测仪中压电晶体的压电效应产生的机械振动发出的声波在介质中的传播。混凝土强度愈高，相应超声声速也愈大，经试验归纳，这种相关性可以用非线性的数学模型来拟合，即通过试验建立混凝土强度与声速的关系曲线（fv曲线）或经验公式。目前常用的相关关系表达式有：指数函数方程 fcu=AeBv幂函数方程 fcu=AvB抛物线方程 fcu=A+Bv+Cv2 式中 fcu混凝土强度换算值；v超声波在混凝土中传播速度；A,B,C常数项。声时、波形、频率等发生相应变化，测定这些规律的变化，29测试方法：测试方法：在现场进行结构混凝土强度检测时，应选择试件浇筑混凝土的侧面为测试面，一般以200mm*200mm的面积为一测区。每一试件上相邻测区间距不大于2m。测试面应清洁平整、干燥无缺陷。每个测区内应在相对测试面上对应布置三个测点，相对面上对应的辐射和接受换能器应在同一轴线上。测试时必须保持换能器与被测混凝土表面有良好的耦合，并利用黄油或凡士林等耦合剂，以减少声能的反射损失。数据处理：数据处理：（1）测区超声波传播速度 v=l/tm 其中tm=（t1+t2+t3)/3 式中：v为测区声速值，l为超声测距，t为声时值。当在试件混凝土的浇筑顶面或底面测试时，声速值应作修正，即vu=v,为超声测试面修正系数。在混凝土浇灌顶面及底面测试时，=1.034。在混凝土侧面测试时，=1.0.测试方法：30（2）由试验量测的声速，按fcuv曲线求得混凝土强度换 算值。3、超声回弹综合法检测混凝土强度、超声回弹综合法检测混凝土强度 超声回弹综合法是建立在超声传播速度和回弹值与混凝土抗压强度之间相互关系的基础上的，以声速和回弹值综合反映混凝土抗压强度的一种非破损检测方法。超声波在混凝土材料中的传播速度反映了材料的弹性性质，由于声波穿透被检测的材料，因此也反映了混凝土内部构造的有关信息。回弹法的回弹值反映了混凝土的弹性性质，同时在一定程度上也反映了混凝土的塑性性质，但它只能确切反映混凝土表层约3cm左右厚度的状态。（2）由试验量测的声速，按fcuv曲线求得混凝土强度换31 超声回弹法的优点：超声回弹法的优点：（1）当采用超声和回弹综合法时，它既能反映混凝土的弹性，又能反映混凝土的塑性；既能反映混凝土的表层状态，又能反映混凝土的内部构造。这样通过不同物理参量的测定，可以 由表及里地教为确切地反映混凝土的强度。（2）采用超声回弹综合法检测混凝土强度，能对混凝土的某些物理参量在超声法或回弹法测量时产生的影响得到补偿。如对回弹值影响最为显著的碳化深度，在综合法中碳化因素可不予修正，原因是碳化深度较大混凝土，由于它的龄期较长而其含水量相应降低，以致声速稍有下降，因此在综合关系中可以抵消回弹值上升所造成的影响。所以，用综合法fcuvRm关系推算混凝土强度时，不须测量碳化深度。试验证明，超声回弹综合法的测量精度优于超声或回弹方法，减少了测量误差。超声回弹法的优点：32测试方法：测试方法：采用超声回弹综合法检测混凝土强度时，应严格遵照超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程的要求进行。（1）回弹值的测量及计算同回弹法，但不须次量混凝土的 碳化深度。（2）超声法的测量及计算同超声法的规定，但是超声的测 点应布置在同一个测区回弹值的测试面上，测量声速 的探头安装位置不宜与回弹仪的弹击点相重叠。（3）每一测区内，宜先回弹测试，后超声测试。注意：只有同一测区内所测得的回弹值和声速值才能作为推 算混凝土强度的综合参数，不同测区的测量值不得混 用。测试方法：33数据处理：数据处理：（1）在超声回弹综合检测时，结构或构件上每一测区的混 凝土强度是根据该区实测的超声波声速v及回弹平均值 Rm，按事先建立的fcuvRm关系曲线推定的。（2）随后按超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程 的规定评定结构或构件的混凝土强度。4、钻芯法检测混凝土强度、钻芯法检测混凝土强度 钻芯法试验是使用专用的取芯钻机，从被检测的结构或构件上直接钻取圆柱形的混凝土芯样，并根据芯样的抗压强度推定混凝土的立方体抗压强度。特点：特点：（1）不需要建立混凝土的某种物理量与强度之间的换算关 系，是一种较为直观可靠的检测混凝土强度的方法。（2）由于需要从结构构件上取样，对原结构有局部损伤，所以是一种能反映混凝土实际状态的现场检测的半破 损试验方法。数据处理：34注意：注意：（1）钻芯法检测不宜用于混凝土强度等级低于C10的结构。（2）钻取芯样应在结构或构件受力较小的部位和混凝土强 度质量具有代表性的部位。（3）应避开主筋、预埋件和管线的位置。（4）每个芯样内最多只允许含有两根直径小于10mm的钢 筋，且钢筋应与芯样轴线基本垂直并不得露出端面。（5）对于单个构件检测时，钻芯数量不应小于3个。对于 较小的构件，可取2个。（6）当与其他非破损方法综合检测时，钻芯位置应与该方 法的测点布置在同一测区。（7）钻取的芯样试件宜在与被检测结构或构件的混凝土干 湿度基本一致的条件下进行抗压试验。（8）钻孔取芯后结构上留下的孔洞必须及时修补。（9）钻芯法不宜普遍使用，更不宜在一个受力区域内集中 钻孔取芯。注意：355、拔出法检测混凝土强度、拔出法检测混凝土强度 拔出法试验是用一金属锚固件埋入混凝土构件内，然后测试锚固件被拔出时的拉力，由被拔出的锥台形混凝土块的投影面积，确定混凝土的拔出强度，并由此推断混凝土的立方抗压强度，它也是一种半破损试验的检测方法。类型及适用范围：类型及适用范围：（1）预埋法（LOK试验）：在浇筑混凝土时预埋锚固件的 方法。该法常用于工程施工阶段，按事先计划要求布 置测点。（2）后装法（CAPO试验）：在混凝土硬化后再钻孔埋入 膨胀螺栓作为锚固件的方法。该法用于检测混凝土的 质量和判断硬化混凝土的现有实际强度。试验装置：试验装置：拔出法试验的加荷装置是一专用的手动油压拉拔仪，油缸进油时对拔出杆均匀施加拉力，加荷速度控制在0.51KN/s，在油压表或荷载传感器上指示拔力。5、拔出法检测混凝土强度36注意：注意：（1）单个构件检测时，至少有三个测点。当最大拔出力及 最小拔出力与中间值之差均小于5%，不进行补测。（1）对同批构件按批抽样检测时，构件抽样数应不小于同 批件的30%，且不小于10件，每个构件不应少于三个 测点。（3）结构或构件上的测点，宜布置在混凝土浇筑方向的侧 面，应分布在外荷载或预应力钢筋压力引起应力最小 的部位。（4）测点分布均匀并应避开钢筋和预埋件。（5）测点间距应大于10h，测点距离试件端部应大于4h （h为锚固件的锚固深度）。注意：37数据处理：数据处理：采用拔出法作为混凝土强度的评定依据时，必须按已经建立的拔出力与立方抗压强度之间的相关曲线，由拔出力确定混凝土的抗压强度。目前国内拔出法的测强曲线都采用一元回归直线方程 fcu=aF+b式中 fcu为测点混凝土强度换算值，F为测点拔出力，a,b为回归系数。6、超声法检测混凝土缺陷、超声法检测混凝土缺陷 在工程施工验收、事故处理和已建建筑可靠性鉴定工作中，为对结构进行补强和维修，必须进行混凝土缺陷和损伤的检测。超声波检测混凝土缺陷在目前应用最为广泛，主要是采用低频超声仪，测量超声脉冲中纵波在混凝土中的传播速度、首波幅度和接收信号频率等声学参数。数据处理：38基本原理：基本原理：（1）当混凝土中存在缺陷或损伤时，超声脉冲通过缺陷时 产生绕射、传播的声速小，声时偏长。（2）由于在缺陷界面上产生反射，能量显著衰减，波幅和 频率明显降低，接收信号的波形平缓甚至发生畸变。（3）综合声速、波幅和频率等参数的相对变化，对同条件 下的混凝土进行比较，判断和评定混凝土的缺陷和损 伤情况。一、混凝土裂缝检测一、混凝土裂缝检测1、浅裂缝检测、浅裂缝检测 对于结构混凝土开裂深度小于或等于500mm的裂缝，可平测法或斜测法进行检测。平测法：平测法：用于裂缝部位只有一个可测表面。基本原理：39测量步骤测量步骤：（）将仪器的发射换能器和接收换能器对称布置在裂缝两侧，若距离为L，超声波传播所需时间为t0。（）再将换能器以相同距离L平置在完好的混凝土表面，测得传播时间为t。（）裂缝的深度可按公式计算。（）进行不同测距的多次测量，取得裂缝深度的平均值。斜测法：斜测法：用于结构的裂缝部位有两个互相平行的测试表面。测量方法：测量方法：（）将两个换能器分别置于对应测点位置，读取相应声时值、波幅值和频率值。（）当两换能器的连线通过裂缝时，则接收信号的波幅和频率明显降低。对比各测点信号，根据波幅和频率的突变，可以判断裂缝的深度以及是否在平面方向贯通。测量步骤：40、深裂缝检测、深裂缝检测对于在大体积混凝土中预计裂缝深度在mm以上的深裂缝，当采用平测法和斜测法有困难时，可采用钻孔探测。测试方法：测试方法：（）在裂缝两侧钻两孔，孔距为m；（）测试前向测孔中灌注请水，作为耦合介质；（）将发射和接收换能器分别置入裂缝两侧的对应孔中；（）以相同高程等距自上而下同步移动，在不同深度上进行对测，逐点读取声时和波幅数据；（）绘出换能器的深度和对应波幅值的dA坐标图。波幅值随换能器下降的深度逐渐增大，当波幅达到最大并基本稳定的对应深度，便是裂缝深度d。钻孔探测鉴别混凝土质量的方法还被用于混凝土钻孔灌注桩的质量检测。、深裂缝检测41二、混凝土内部空洞缺陷的检测二、混凝土内部空洞缺陷的检测超声检测混凝土内部的不密实区域或空洞是根据各测点的声时（或声速）、波幅或频率值的相对变化，确定异常测点的坐标位置，从而判定缺陷的范围。测试方法：（）对测法：（）对测法：当结构具有两对相互平行的测试面时采用。做法：在测区的四个测试面上，分别画间距为mm的网格，确定测点的位置。（）斜测法（）斜测法：只有一对相互平行的测试面时采用。做法：在测区的两个互相平行的测试面上，分别画出交叉测试的两组测点位置，把缺陷网在两组平行线交叉组成的一组平行四边形的网格中。二、混凝土内部空洞缺陷的检测42测试时，记录每个测点的声时、波幅、频率和测距。通过对比同条件混凝土的声学参量，当某些测点出现声时延长，声能被吸收和散射，波幅降低，高频部分明显衰减等异常情况时，说明混凝土内部存在不密实或存在空洞。混凝土内部空洞大小可按公式估算。三、混凝土表层损伤的检测三、混凝土表层损伤的检测混凝土结构因受火灾、冻害和化学侵蚀等引起表面损伤的厚度可用平测法进行检测。做法：（）检测时，换能器测点布置如图。将发射换能器A耦合后保持不动，接收换能器依次耦合安置在B1,B2,B3 等测点，每次移动距离不宜大于mm，并测读相应的声时值及两换能器之间的距离，每一测区内不得少于个测点。（）按各点声时值及测距绘制损伤层检测“时距”坐标图。测试时，记录每个测点的声时、波幅、频率和测距。43（）由于混凝土损伤后使声速传播速度变化，因此在时距坐标图上出现转折点，并由此可分别求得声波在损伤混凝土与密实混凝土中的传播速度，从而确定混凝土表面损伤层的厚度。、混凝土结构钢筋位置和钢筋锈蚀的检测、混凝土结构钢筋位置和钢筋锈蚀的检测（）钢筋位置的检测（）钢筋位置的检测作用：、对已建混凝土结构作可靠性诊断和对新建混凝土结构施工质量鉴定时，要求确定钢筋位置、布筋情况，正确测量混凝土保护层厚度和估测钢筋直径。、当采用钻芯法检测混凝土强度时，为在取芯部位避开钢筋，须作钢筋位置的检测。测试仪器：钢筋位置测试仪基本原理：利用电磁感应原理。（）由于混凝土损伤后使声速传播速度变化，因此在44（）钢筋锈蚀的检测对于已建结构进行结构鉴定和可靠度诊断时，必须对钢筋锈蚀进行检测。检测原理：混凝土中钢筋的锈蚀是一个电化学的过程。钢筋因锈蚀而在表面有腐蚀电流存在，使钢筋电位发生变化。检测方法：采用有铜硫酸铜作为参考电极的半电池探头的钢筋锈蚀测量仪，用半电池电位法测量钢筋表面与探头之间的电位差，利用钢筋锈蚀程度与测量电位间建立的一定关系，可以判断钢筋锈蚀的可能性及其锈蚀程度。（）钢筋锈蚀的检测45二、钢结构现场检测二、钢结构现场检测、钢材强度测定、钢材强度测定测定方法：采用表面硬度法间接推断钢材强度。测试仪器：布氏硬度计测试原理：根据硬度计端部的钢珠在钢材表面和在已知硬度的标准试样上压痕的直径来测得钢材的硬度，并由钢材硬度与强度的相关关系，经换算得到钢材的强度。、超声法检测钢材和焊缝缺陷、超声法检测钢材和焊缝缺陷超声法检测钢材和焊缝缺陷的工作原理与检测混凝土内部缺陷相同，试验时较多采用脉冲发射法。二、钢结构现场检测46第第4周周第第10周上课时间安排：周上课时间安排：周次4678910内容上实验课995班上实验课996班写实验报告上课综-903自己复习考试交实验报告时间星期三下午星期三下午星期五上午星期三上午3、4节日期9.2510.9分批：第一批：1号19号 1：303：00 （995班）第二批：20号38号 3：004：30（996班）第一批：1号16号 1：303：00 第二批：17号32号 3：004：30第4周第10周上课时间安排：周次4678910内容上实验课47第六章第六章 结构试验数据处理基础结构试验数据处理基础 第一节第一节 概述概述数据处理：把试验得到的数据进行整理换算、统计分析和归 纳演绎，以得到代表结构性能的公式、图像、表 格、数学模型和数值等的过程。采集得到的数据 是数据处理过程的原始数据。例如：由测得的位移计算挠度，把应变片测得的 应变换算成应力等。数据处理的内容和步骤：（1）数据的整理和换算；（2）数据的误差分析；（3）数据的表达。第六章 结构试验数据处理基础48 第二节第二节 数据整理和换算数据整理和换算数据整理：剔除不可靠或不可信数值和统一精度的过程。数据换算：整理后的试验数据通过基础理论来计算另一物理 量的过程。试验采集到的数据应该根据试验要求和测量精度，按照国家数值修约规则标准的规定进行修约。数据修约规则：数据修约规则：（1）四舍五入，即拟舍数位的数字小于5时舍去，大于5时 进1，等于5时，若所保留的末位数字为奇数则进1，为偶数则舍弃。例如：68.5保留到个位，应为68，而对 69.5保留到个位则为70。（2）负数修约时，先将它的绝对值按上述规则修约，然后在 修约值前面加上负号。第二节 数据整理和换算49（3）拟修约的数值应在确定修约位数后一次性修约获得结 果，不得多次连续修约。例如：将15.4546修约到1，正确的做法为15.454615,错误的做法为15.4546 15.455 15.46 15.5 16 （3）拟修约的数值应在确定修约位数后一次性修约获得结50 第三节第三节 数据误差分析数据误差分析一、统计分析的概念一、统计分析的概念1、平均值、平均值（1）算术平均值（2）几何平均值（3）加权平均值2、标准差、标准差 标准差反映了一组试验值在平均值附近的分散和偏离程度，标准差越大表示分散和偏离程度越大，反之则越小。它对一组试验值中的较大偏差反映比较敏感。3、变异系数、变异系数 变异系数Cv通常用来衡量数据的相对偏差程度。第三节 数据误差分析514、随机变量和概率分布、随机变量和概率分布 对随机变量，应该用概率的方法来研究，即对随机变量进行大量的测量，对其进行统计分析，从中演绎归纳出随机变量的统计规律及概率分布。为了对随机变量进行统计分析，得到它的分布函数，需要进行大量测试，由测量值的频率分布图来估计其概率分布。正态分布是最常用的描述随机变量概率分布的函数。试验测量中的偶然误差，近似服从正态分布。二、误差的分类二、误差的分类 误差=测试值真值 实际试验中，真值无法测试，常用平均值来代表。进行误差分析的作用和意义：（1）只有了解了试验误差的范围，才有可能正确估价试验所得 到的结果。（2）对试验误差进行分析将有助于在试验中控制和减少误差的 产生。4、随机变量和概率分布52误差分类：系统误差、随机误差和过失误差（1）系统误差）系统误差产生：由某些固定原因造成。特点：在整个测量过程中始终有规律地存在着，其绝对值 和符号保持不变或按某一规律变化。来源：方法误差、工具误差、环境误差、操作误差和主观 误差等。表示方法：准确度。准确度高表示测量的系统误差小。（2）随机误差）随机误差产生：由一些随机的偶然因素造成。特点：它的绝对值和符号变化无常，但如果进行大量的测 量，可以发现随机误差的数值分布符合一定的统计 规律，一般认为其服从正态分布。表示方法：精密度。精密度高表示测量的随机误差小。（3）过失误差）过失误差产生：由于试验人员粗心大意，不按操作规程办事等原因 造成。误差分类：系统误差、随机误差和过失误差53三、误差计算三、误差计算 对误差进行统计分析时，同样需要计算三个重要的统计值，即算术平均值、标准误差和变异系数。（1）误差的平均值（2）误差的标准值（3）变异系数三、误差计算54 第四节第四节 数据的表达数据的表达试验数据表达方式：表格、图像和函数一、表格方式一、表格方式分类：汇总表格、关系表格汇总表格：把试验结果中的主要内容或试验中的某些重要 数据汇集在一个表格中，起着类似于摘要和结 论的作用，表中的行与行、列与列之间一般没 有必然的关系。关系表格：把相互有关的数据按一定的格式列于表中，表 中列与列、行与行之间都有一定的关系，它的 作用是使有一定关系的若干个变量的数据更加 清楚地表示出变量之间的关系和规律。第四节 数据的55二、图像方式二、图像方式 图像表达方式有：曲线图、直方图、形态图和馅饼图等，其中最常用的是曲线图和形态图。1、曲线图、曲线图作用：（1）曲线可以清楚、直观地显示两个或两个以上的变量之间 关系的变化过程，或显示若干个变量数据沿某一区域的 分布；（2）曲线可以显示变化过程或分布范围中的转折点、最高点、最低点及周期变化的规律；（3）对于定性分析和整体分析来说，曲线图是最合适的方法。2、形态图、形态图 把结构在试验时的各种难以用数值表示的形态，用图像表示，这类的形态如混凝土结构的裂缝情况、结构的变形状态、结构的破坏状态等等，这种图像就是形态图。二、图像方式56 形态图有：照片、手工画图（1）照片形式的形态图可以真实地反映实际情况，但有时 却把一些不需要的细节也包括在内；（2）手工画的形态图可以对实际情况进行概括和抽象，突 出重点，更好地反映本质情况。形态图用来表示结构的损伤情况、破坏形态等，是其他表达方法不能代替的。3、直方图和馅饼图、直方图和馅饼图直方图作用：（1）统计分析 通过绘制某个变量的频率直方图和累计频率直方图来判断其随机分布规律。（2）数值比较 把大小不同的数据用不同长度的矩形来代表，可以得到一个更加直观的比较。馅饼图中，用大小不同的扇形面积来代表不同的数据，得到一个更加直观的比较。形态图有：照片、手工画图57三、函数方式三、函数方式 把试验数据之间存在的关系用函数的形式表示即为函数方式。这种表示更精确、更完善。试验数据之间的关系建立一个函数，包括两个工作：（1）确定函数形式 函数形式可以从试验数据的分布规律中得到，通常是把试验数据作为函数坐标点画在坐标纸上，根据这些函数点的分布规律或由这些点连成的曲线的趋向，确定一种函数形式。（2）求函数表达式的系数 对某一试验结果，确定了函数形式后，应通过数学方法求其系数，所求得的系数使得这一函数与试验结果尽可能相符。常用的数学方法有回归分析和系统识别。三、函数方式58